A.针对新标准要求,小型电站锅炉的二氧化硫≤35 mg/m3标准,燃煤工业锅炉的二氧化硫≤200 mg/m3标准,切实可行的工艺路线是选用氧化镁湿法脱硫工艺、石灰(石)/石膏湿法脱硫工艺、半干法脱硫工艺。
B.石灰(石)/石膏湿法脱硫工艺
石灰(石)/石膏湿法脱硫工艺是采用石灰石(CaCO3)或石灰(CaO)作脱硫吸收剂原料,经消化处理后加水搅拌制成氢氧化钙(Ca(OH)2)作为脱硫吸收浆。石灰或吸收剂浆液喷入吸收塔,吸附其中的SO2气体,产生亚硫酸钙,进而氧化为硫酸钙(石膏)副产品。
该工艺的优点主要是:
(1)脱硫效率高,在Ca/S比小于1.1的时候,脱硫效率可高达90%以上; (2)吸收剂利用率高,可达到90%;
(3)吸收剂资源广泛,价格低廉;
(4)适用于高硫燃料,尤其适用于大容量电站锅炉的烟气处理;
(5)副产品为石膏,高品位石膏可用于建筑材料。
该工艺的缺点是:
(1)系统复杂,占地面积大;
(2)造价高,一次性投资大;(在美国,单位一般造价在 $150— 200/kW;在中国,重庆珞璜电厂一期烟气脱硫工程2�360MW脱硫装置占电厂总投资的11.15%,太原第一热电厂高速平流简易湿式300MW机组的600000m3/h脱硫装置的单位造价约RMB650元/kW,杭州半山电厂2�125MW和北京第一热电厂 2�410t/h锅炉脱硫装置单位造价更高达 RMB 1600/KW);
(3)运行问题较多——由于副产品CaSO4易沉积和粘结,所以,容易造成系统积垢,堵塞和磨损;(而双减法在系统内产物是NaSO3,不会造成堵塞和积垢)
(4)运行费用高,高液/气比所带来的电、水循环和耗量非常大;
(5)副产品处理问题——目前,世界上对该副产品处理,主要采用抛弃和再利用两种方法:西欧和日本因缺乏石膏资源,所以用此副产品做建筑用石膏板,与此同时,当地建筑规范也为该产品的推广使用提供了方便。但对副产品石膏的成分要求严格(CaSO4>96%)。在美国,因天然石膏资源丰富,空地较多,过去一般采用抛弃处理。在中国,天然石膏资源丰富,而石灰石的成分却很难保证,因此脱硫石膏的成分不稳定,建筑行业很难采用;对于建在城市近郊或工业区的需要脱硫的电厂,又很难容纳大量石膏渣液的抛弃,即使有空闲场地抛弃,从长远来讲,仍然可能造成固体废弃物的二次污染。因而副产物处理存在问题。
(6)由于该工艺技术成熟,运用广泛,目前国家有相应技术规范,但国家环保总局在脱硫技术指导文件中明确指出该种方法适用于大型电站锅炉的脱硫,中小锅炉运用存在不规模不经济等问题。
(7)为适应国内中小型锅炉的烟气脱硫,对该工艺进行了改造运用,减少脱硫剂制备和石膏生成系统尚可,但其他部分的或缺带来诸多问题,因此要谨慎用之。
C.氧化镁脱硫法
根据氧化镁再生反应的特性,通过外部再生诱导结晶工艺,生成高pH 值、高吸收活性的亚硫酸钠、亚硫酸镁混合吸收清液,并采用与循环吸收清液特性相适应的高效雾化喷淋吸收技术来提高吸收效率,从而达到高脱硫效率、高运行可靠性、低投资费用、低运行成本的目的。
氧化镁吸收SO2的湿法脱硫方式是目前适合于中、小型锅炉烟气脱硫技术zui为成熟的脱硫方式之一。综合氢氧化镁脱硫法具有以下四个特点:
(1)氧化镁原料取得容易
我国拥有丰富的氧化镁资源,储量约为160亿吨,占全世界的80%左右,环渤海湾的山东、辽宁地区、山西以及内蒙古都有丰富的产量。由于广泛地运用,使该技术相对于其他脱硫技术更加成熟。
(2)循环液呈溶液状,不易结垢,不会堵塞
氧化镁湿法的脱硫产物硫酸镁是一种溶解度很大的物质,因此在吸收塔脱硫的反应过程中,不像石灰石(石灰)/石膏法会产生结垢或堵塞的问题。
(3)脱硫后溶液,处理后可直接排放,无二次污染。
石灰石(石灰)/石膏法、氨/硫铵法、氧化镁法等所产生的产物都能综合利用,但不同的回收方式都导致脱硫系统复杂、一次投资和运行费用的提高。因此,是否考虑脱硫副产物的利用,都必须针对每个项目进行综合分析,如果氢氧化镁脱硫产物进行综合利用,可在浓缩干燥后再煅烧回用氧化镁,同时还可生产硫酸;脱硫产物也可在一定控制条件下生产附加值较大的七水硫酸镁。但根据目前国内外运行之经验,综合考虑初投资和运行费用等,针对中小型锅炉使用的氢氧化镁脱硫法一般均使用抛弃法,即产生的硫酸镁溶液经过滤后,将废液直接排入河流或海中。当然,部分电厂可以根据自身条件,将废液排入冲灰渣水池中再利用,或排入全厂废水处理系统中统一处理。
(4)脱硫效率高。脱硫剂为高浓度、高吸收活性的亚硫酸镁溶液,其脱硫效率高于95%,能将烟气中( SO2) 降低至50 mg /m3 以下。
(5)投资省。采用高pH 值的清液循环体系,无需考虑设备的腐蚀性,设备材质为普通碳钢,因此投资较普通的氧化镁法脱硫技术降低10%以上。
(6)运行成本低。由于吸收液的吸收活性好,气液比为1 500 ~2 000,较其他湿法脱硫技术高,吸收液循环量小,脱硫塔阻力小,电耗低。同时,由于该系统中氧化镁无需熟化,较需蒸汽熟化的传统氧化镁技术而言,直接节省了蒸汽消耗。
(7)运行可靠性高。采用高pH 值清液循环体系,不会造成管路堵塞和设备腐蚀,脱硫装置可靠性高。
(8) 烟气波动适应性强。采用清液循环体系,溶液吸收活性高,与一般烟气脱硫系统相比,具有更高的适应烟气波动性能,烟气可在20% ~ 110%波动。
(9) 脱硫产物易处置。亚硫酸镁清液法脱硫产物为硫酸镁溶液,简单处理即能达标排放,其中的污泥主要为原料氧化镁中所含杂质及极少量的烟尘,其污泥量仅为石灰石- 石膏法的1 /20,污泥量极少便于处理。
D.半干法脱硫除尘工艺
密相干塔烟气脱硫技术具有完全自主知识产权,并已有23项国家发明和实用新型专利,获得教育部科学进步二等奖、环境保护部技术二等奖等国家和省部级奖项11项,。工艺成熟,已有20余项烧结烟气脱硫的成功应用实例,完成了首钢迁钢烧结脱硫除尘、首钢迁钢球团脱硫除尘、通钢球团脱硫除尘、渤海煤焦化脱硫除尘、邯钢焦炉脱硫除尘等多个脱硫脱硝除尘项目;基于密相塔半干法的“新一代一体化技术”能够很好的适应球团烟气温度、负荷、烟气量的变化,对烧结、球团工艺没有影响;烟气与脱硫剂同向反应充分,脱硫效率高,系统较简单、一次性投资较低,易控制;脱硫副产物为CaSO4和CaSO3,可以再利用(制造水泥、筑路等建筑材料);反应器压损小于600Pa,系统因压力损失小,电耗相对较低导致系统运行成本较低。
密相干塔烟气脱硫工艺是一种以钙基脱硫剂为主的增湿类烟气脱硫技术。含有较多Ca(OH)2细粉状循环灰在加湿混合器内加湿,水均匀分配到颗粒表面。加湿后的循环灰与SO2具有很好的反应活性,同时烟气温度降低较快,形成理想的脱硫反应条件。
密相干塔烟气脱硫工艺的脱硫反应过程主要有:
Ca(OH)2+SO2+1/2H2O→CaSO3•1/2H2O+H2O
Ca(OH)2+SO3+H2O→CaSO4+2H2O
CaSO3+1/2H2O+1/2O2+3/2H2O→CaSO4+2H2O
Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O
Ca(OH)2+2HCl→CaCl2+2H2O
Ca(OH)2+2HF→CaF2+2H2O
和其他干法及半干法脱硫技术相比,密相干塔具有压损小,副产物有效成分纯度高,应用单机规模大,自动控制要求低等特点,因此本改造项目拟采用DPT-3型密相干塔脱硫除尘一体化技术。
图2-1 脱硫工艺流程框图
脱硫塔烟气入口处设置的搅拌装置强力破碎脱硫剂颗粒,使其不断裸露出新表面,提高反应活性,同时可以去除HCl、HF和氮氧化物等;循环灰加湿水量3~5%,物料不结块,流动性好;操作温度高于露点,没有腐蚀或冷凝现象,无废水产生;适应性强,对烟气流量、SO2浓度、温度的变化适应能力极强,是该技术的优点。
需要处理的烟气进入脱硫系统入口烟道。烟气入口设计在脱硫塔中下部,入口处装有专门设计的脱硫塔搅拌器。含有较多活性组分的循环灰经给料机和喷射器后,投入脱硫塔参与脱硫反应。
携带脱硫剂的烟气在脱硫塔内向上流动,在运动过程中氢氧化钙与水、SO2进行系列反应,生成CaSO3和CaSO4等副产物。反应后的脱硫灰随烟气进入脱硫系统布袋除尘器,经布袋除尘器捕捉,沉积在除尘器底部的灰斗内。两个除尘器灰斗的脱硫灰经给料机、循环灰输送装置和加湿混合器进入脱硫塔,另外两个除尘器灰斗的脱硫灰经给料机、双轴加湿机进入脱硫塔。
在密相干塔内部脱硫工艺参数条件下,流化风可使粒径≤10μm的脱硫灰颗粒在塔内悬浮运动,不会向下沉积。少部分大粒径颗粒落入脱硫塔灰斗内,通过脱硫塔灰斗底部设置的循环灰输送装置输送的循环灰直接送入至脱硫塔内继续参加脱硫反应,使脱硫灰中的有效成分得以循环利用。
密相干塔脱硫除尘一体化技术主要由:密相塔系统、除尘系统、原料系统、副产物运输储存系统、工艺水系统、提升风系统、烟气系统等分系统组成。
本项目3台锅炉生产制度为1用2备,共用1套脱硫装置,脱硫塔采用DPT-3型密相干塔脱硫设备,3台锅炉烟气分别通过3条烟道与密相塔入口并联连接,通过烟道上的烟气阀门进行烟道开合切换,经塔内脱硫后共用1台收尘设备进行过滤除尘,处理后的净烟气通过排烟管道外排。
图2-2 DPT-3型密相干塔脱硫模型图
DPT-3型密相干塔工艺的主要技术特点:
(1)流程简单,投资省,容易操作;
(2)耗水量低,通常循环灰的含湿量为3%~5%;
(3)脱硫剂在整个脱硫过程中都处于干燥状态,没有腐蚀或冷凝现象;
(4)脱硫反应器用普通钢材制作,无需特殊防腐措施;
(5)排放烟气含水量少,烟气无需再加热即可排放,不会产生酸雾;
(6)运行费用低、占地面积小、无废水产生、副产物易于处理等;